不同探究教學模式對高二學生運用QCNLive進行地震學習的影響

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(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所教學碩士班碩士論文. 不同探究教學模式對高二學生運用不同探究教學模式對高二學生運用 QCNLive 進行地震學習的影響 The Effect of Different Models of Inquiry Education on Senior High School Sophomores Using QCNLive for Seismology Study. 研究生：邱怡禎指導教授：張俊彥博士. 中華民國一百零二年七月.

(2) 誌謝首先，要感謝恩師張俊彥教授在我這篇論文上的研究給予我許多的指導，教授的認真與對研究投入，更是我學習的榜樣。也感謝葉庭光教授與中央大學吳穎沺教授在百忙之中擔任我的論文口試委員，並於口試時給予我許多寶貴的建議與鼓勵，讓我獲益良多。另外也要感謝研究所同學昕樺，在研究所課堂的學習與寫論文時的扶持與鼓勵。還有大學同學忠彥，以過來人的身分，在我遇到困惑時幫了我很大的忙。也要感謝一路上給我協助及打氣的老師與同事們：簡炳輝老師、薏雯老師、淑如老師、郁芸老師。感謝一直給我刺激讓我成長的同學、學長姐與朋友們：承珏、雅芳、義峰、慈霖、小秘書。最後感謝一直支持我的家人，爸媽以及妹妹怡菁，還有 nix，感謝你們在這段時間的包容與陪伴，讓我可以順利完成學業。.

(3) 不同探究教學模式對高二學生運用不同探究教學模式對高二學生運用 QCNLive 進行地進行地震學習的影響研究生：邱怡禎指導教授：張俊彥博士. 中文摘要本研究旨在課程中運用 QCNLive 並探討不同探究式教學對高二學生的影響。本研究為準實驗研究法，研究對象為 247 位台北市某高中二年級學生。探究式教學在近年來成為科學教學的主流，探究式教學營造的學習環境，包括完全開放式探究、引導式探究（介於完全開放式探究與結構式探究之間）以及結構式探究。不同的探究式教學對學生學習的影響仍有許多爭議。因此，本研究旨在探討結構式探究與引導式探究教學對學生學習的影響。本研究設計結構式與引導式兩種探究式地震課程（課程中的探究活動均使用 QCNLive），並運用地震學成就測驗、地震學態度量表、學習環境量表來評估不同教學對學習者的影響。研究結果顯示:1.結構式探究教學班級學生在記憶性問題表現較佳。2.引導式探究教學班級學生在問題解決問答表現較佳。3.當學習者感受到的學習環境，越接近他／她心中理想的學習環境時，對地震學越能抱持越正向的態度。4.地震學成就測驗與地震學態度成正相關。5.高二學生偏好的探 I.

(4) 究學習環境為兼具教師中心之結構式探究與學生中心之開放式探究的引導式探究。. 關鍵詞:探究教學、學習環境. II.

(5) The Effect of Different Models of Inquiry Education on Senior High School Sophomores Using QCNLive for Seismology Study CHIU YI CHEN Abstract This study aimed to explore the impact of the use of QCNLive and different forms of inquiry education on senior high school sophomores. The study adopted the quasi-experimental research method, taking a group of 247 sophomores at a certain Taipei city senior high school as subjects. In recent years, inquiry education has become the mainstream of science education. The learning environment which inquiry education creates includes open inquiry, structured inquiry, and guided inquiry (which falls between open inquiry and structured inquiry). There is still a good deal of controversy surrounding the effects that the different kinds of inquiry education have on students. Hence, the focus of this study was to investigate the effects that structured inquiry and guided inquiry methods have on students’ learning. The study was designed to look at two kinds of inquiry education, structured and guided, as used in courses on the study of earthquakes (all inquiry activities of the courses used QCNLive), and made use of seismology achievement testing, seismology attitude rating, and learning environment rating to assess the different education methods on the learners. Results demonstrated that: 1. Students in the structured inquiry class performed better on memory-related problems. 2. Students in the guided inquiry class performed better in problem-solving question and answer sessions. 3. The closer learners felt the learning environment was to their own ideal learning environment, the more able they were to maintain a positive attitude towards earthquake study. 4. There is a positive correlation between seismology achievement testing and seismology attitude. 5. The two preferred inquiry learning environments for high school sophomores III.

(6) were a teacher-centered structured inquiry model and a student-centered open guided inquiry model.. Keywords：Inquiry education, learning environment. IV.

(7) 目錄第一章緒論............................................................................................................1 第一節研究動機與背景................................................................................1 第二節研究目的與待答問題........................................................................6 第三節研究的重要性....................................................................................7 第四節名詞釋義............................................................................................7 第二章文獻探討..................................................................................................11 第一節探究教學..........................................................................................11 第二節地球科學相關探究教學..................................................................17 第三節地震學習的相關研究......................................................................18 第三章研究方法..................................................................................................21 第一節研究對象與情境..............................................................................21 第二節第三節第四節. 研究設計與流程..............................................................................23 研究工具..........................................................................................25 資料分析..........................................................................................32. 第五節研究限制..........................................................................................34 第四章研究結果..................................................................................................35 第一節不同探究式教學對學生的影響情形..............................................35 第二節學生對探究式教學的學習環境觀感..............................................43 第三節探究式教學對學生學習影響..........................................................49 第五章討論與建議..............................................................................................51 第一節研究結果綜合說明..........................................................................51 第二節建議與展望......................................................................................60 參考文獻......................................................................................................................65 一、中文部分......................................................................................................65 二、英文部分......................................................................................................67 附錄..............................................................................................................................71 附錄一「不同探究式教學課程教案」..............................................................72 附錄二「地震學成就測驗」..............................................................................86 附錄三「地震學態度量表」............................................................................100 附錄四「學習環境量表」................................................................................104. I.

(8) 表目錄表 2-1-1 各學者對不同探究活動的分類整理…………………………………....... 15 表 2-2-1 地球科學相關探究教學比較………………………………….…………...18 表 2-3-1 地震學習的相關研究比較……………………………..…………………..20 表 3-1-1 不同探究式教學班級人數與有效樣本數...............................................22 表 3-2-1 本研究各……………………………………………………………………23 表 3-2-2 各階段工作及其說明…………………………………...………………….25 表 3-3-1 結構式探究教學課程與引導式探究教學課程中探究活動的比較……....28 表 3-3-2 地震學成就測驗設計藍圖.....................................................................29 表 3-3-3 地震學成就測驗問答題編碼表.............................................................30 表 3-4-1 研究問題與研究方法對照表.................................................................34 表 4-1-1 結構式探究教學與引導式探究教學對學生影響的差異.........................36 表 4-1-2 結構式探究教學班級在地震學態度前、後測的差異...............................41 表 4-1-3 結構式探究教學班級在地震學態度各分量表前、後測的差異..................41 表 4-1-4 引導式探究教學班級在地震學態度前、後測的差異..................................42 表 4-1-5 引導式探究教學班級在地震學態度各分量表前、後測的差異................43 表 4-2-1 學生在探究式教學前後其學習環境量表填答分析………………….…..45 表 4-3-1 地震學成就測驗、學習環境落差（PAS）與地震學態度間的相關……….49 表 5-1-1 地震學成就測驗題型、題號與評測目標、學生應答所需能力...................52. II.

(9) 圖目錄圖 4-2-1 學生前測理想學習環境之學生中心與教師中心散佈圖………….….…..46 圖 4-2-2 學生後測實際經歷學習環境之學生中心與教師中心散佈圖………...….46 圖 4-2-3 結構式探究教學班級學生前測理想學習環境之學生中心與教師中心散佈圖….……………………………………………………………………..…………...47 圖 4-2-4 結構式探究教學班級學生後測實際經歷學習環境之學生中心與教師中心散佈圖………………………………………………………………………………..47 圖 4-2-5 引導式探究教學班級學生前測理想學習環境之學生中心與教師中心散佈圖……………………………………………………………………………………..48 圖 4-2-6 引導式探究教學班級學生後測實際經歷學習環境之學生中心與教師中心散佈圖………………………………………………………………………………..48. III.

(10) IV.

(11) 第一章緒論本研究旨在探討高二學生在經歷不同探究式教學後，對其學習環境偏好、地震學態度、地震學成效的影響為何。本章包含「研究動機與背景」、「研究目的與待答問題」、「研究的重要性」、「名詞釋義」。. 第一節. 研究動機與背景. 筆者從自身經歷觀察到教學現場中教師存在著一些關於科學課程的疑惑，諸如：「教地球科學這門課，僅是教學生地球科學課程的單元內容而已嗎？」「學生在課程中對於地球科學這門學科的學習態度是否有提升呢？」而無庸置疑的是，現行大學學科能力測驗為高中生在升大學時必需面臨的重大升學考試，因此，列在學測自然科下的地球科學，理所當然成為學生必須應該學會的重要科目之一。但往往也肇因於此，學生在地球科學的學習上僅關注於學習成就測驗的結果－成績的好壞，而不是在乎在學習地球科學的過程中，建立了什麼重要的科學概念，或是學會了哪些科學過程技能或探究能力，而培養良好的科學學習態度也就在升學壓力的情況下被犧牲忽略了。地球科學實為包含多個學門的科學，包含了四大學門：海洋、地質、大氣及天文，若採用傳統的課程教學方式進行講述教學，僅一一介紹地球科學各學門的重要科學概念，如何能讓學生真正學會這些重要的科學概念，進而應用在實際的生活中呢？傳統的課程教學，就著教科書的文字與圖片，如何能讓學生實際感受真實世界中地球科學的動態呢？又怎麼能提升學生面對地球科學的態度呢？「探究」一詞常出現在科學課程的教學與學習之中。探究教學的著重點在於教師的教學目標應包括讓學生在學習的過程中參與探究的過程(Buck, Bretz, & Towns, 2008)。而 The National Science Education Standards 的核心概念中，認為探究教學是一讓學生主動參與投入學習過程。在學生投入學習的過程中，學生必須自己去分析相關數據資料、運用批判思考能力來回答科學問題(Bell, Smetana, & Binns, 2005)。普通高級中學必修科目「基礎地球科學」課程綱要中，實習活 1.

(12) 動性質包含觀測、參觀、分析、探討、實驗活動；預期學習成果也提及須涵蓋基本與統整的科學過程技能。因此，透過科學教學中的刻意安排的「探究」，能培養學生在「探究」的學習過程中，形塑具備分析、判斷的科學思考能力。從文獻的閱讀中可知，教師對於探究的認知與理解會影響探究課程的建立，以及影響學生的探究學習(Anderson, 2002)。因此，教師若欲於科學教學中安排學生參與探究學習時，教師必須先對探究教學有清楚的了解。教師對於探究教學有清楚的了解之後，在科學教學中探究課程的設計安排就能得當，學生的科學學習也才能收穫更多。另外，探究學習的重點在於學生做了什麼主動的學習過程 (Anderson, 2002)。台灣傳統常見的教學環境中，多半由教師設訂教學目標，並透過講述式的方法呈現教學。在傳統教學環境，教師關注的重點經常在於傳遞科學概念給學生，讓學生進行這樣的被動式學習，事實上是與探究學習的精神背道而馳。而科學探究為科學家提出對自然世界疑問，科學家基於證據並透過各種方式，進而提出對疑問的解釋，若在學生的學習的過程中，能自發性的去發現問題，並透過各種科學方法去尋求問題的解答，意即該學生在此學習過程中進行了科學探究。學者對於教學中探究活動的層次，有不同的定義。探究活動可以依據教師在教學中所扮演的角色與學生自主學習程度高低作不同程度的劃分。例如，形態上有由教師完全掌控整個學習活動的食譜式探究；有教師作為引導者，提供學生不同程度的自主性進行學習活動的結構式探究與引導式探究；有教師僅作為輔助角色讓學生自主進行學習活動的開放探究(Bell et al., 2005; Buck et al., 2008; Jarrett, 2009; Pizzini, Shepardson, & Abell, 1991)。究竟哪一種形式的探究教學對學生最有幫助，至今學界意見仍舊分歧。由於學習者所處之文化背景、知識上的差異，不同的學習族群、個體可能適合不同的探究活動。文獻指出，學生的學習成效在較結構的探究環境，表現比較開放的探究環境佳。此外，較開放的引導式探究教學需花費較多的時間讓學生思考，學生 2.

(13) 需有先備知識或是經歷過較結構的學習經驗才能有效學習。較開放的引導式探究教學中，每位學生的學習速度大不相同，對於教師掌控教學進度與維持以學生為中心的探究環境而言，是一件極具挑戰的事情(Furtak, 2006)。而較結構的探究式教學由教師控制教學目標、材料，事先設計與安排的活動引導學生思考，學生較易獲得必要的學習，思考方向不會那麼發散或是缺乏教師回饋而感到迷失與挫折，學生之間的討論、資料分析，一直到解釋問題的過程，學生能學習到探究的精神，學習比較開放的探究更有效，學後保留的時間也較長(Kirschner, Sweller, & Clark, 2006; Klahr & Nigam, 2004; 顧炳宏, 陳瓊森, & 溫媺純, 2011)。但也有研究認為較開放的探究教學比較結構的探究教學來的佳，尤其是在高階的思考能力如應用、分析、評鑑等面向。較開放的探究教學能協助學生從結構式探究遷移到開放式探究，較能發展批判思考及科學思考能力(Berg, Bergendahl,. Lundberg, & Tibell, 2003; Sadeh & Zion, 2009)。那麼，究竟何種探究式教學較適合台灣學生學習，能帶來較佳的學習成效呢？目前台灣的科學教科書中存在許多高度結構如食譜般的學習活動，學生從這類學習活動中不易基於自身所具備的科學概念，自主形成欲探討的問題或假說，也沒有機會自己設計問題進行問題解決的流程，也沒有機會與同學分享問題以及回答問題。高度教師中心且如食譜般的學習活動，不若其他探究學習活動具有較多優勢(Edwards, 1997; Pizzini et al., 1991)。完全開放的真實探究學習活動雖然具有較多讓學生可以自主學習的優勢，但台灣學生從小到大的學習多處於由教師主導學習，學生被動學習的課室環境。從這樣的環境中成長的台灣學生，在進行完全開放的探究學習活動時，讓學生心中原來認為教師的角色是傳遞知識者，全然轉換為知識的引導者，學生因而必須從原本的被動學習改變為完全自主學習。學生在短時間內可能反而無法適應這樣的學習型態轉變，而無法獲得完全開放的探究學習活動優勢。 3.

(14) 另外，在學生探究的過程中，由教師提供部分的「鷹架」是必要的，過多的教師引導會使得學生的學習完全傾向教師，完全的開放則易流於學生自己茫然摸索問題，學生反而無法有效學習到原先教師為學生預設的學習目標。教師在進行探究活動之前，應需充分考量學生能力、學生成熟度以及該課程的教學目標，由教師提供學生明確引導的探究活動，可漸進提升探究活動層次，由結構式探究經引導式探究到開放式探究的調整改變，能讓學生學習更具優勢(Bell et al., 2005; Donaher, 2012; Edwards, 1997; Eick, Meadows, & Balkcom, 2005; Jarrett, 2009; Tamir, Stavy, & Ratner, 1998)。因此，教師的身分也應隨著教育環境由傳統教學轉變為探究教學的改變而改變，教師在教學現場中不再僅是只扮演單一固定的角色。教師在傳統教學中猶如知識的傳遞者，將重要的科學概念、事實、原理原則等，一一說給學生聽；教師在探究教學中則猶如知識的促進者，透過各種方式引導學生建構知識(Crawford, 2000)。基於上述，考量台灣的教學環境，食譜式探究教學與開放式探究教學的兩種科學探究教學中，前者太過偏向教師主導，教師提供的「鷹架」過多，而後者又太過偏向學生自主，教師提供的「鷹架」過少。教師提供「鷹架」的過與不及均不佳。在結構式探究教學與引導式探究教學的科學探究課程中，教師扮演引導學生進行科學探究的角色，教師提供了不同程度的部分「鷹架」。此兩種探究式教學和開放式探究教學相較，提升了教師主導教學的面向；和食譜式的探究教學相較，則提高了學生自主學習的程度。結構式探究教學與引導式探究教學應可提供一改善教學實務所面臨的問題，提供教師與學生一種不同的教學以及學習方式。結構式探究教學和引導式探究教學兩者的差異是，在結構式探究教學中，學生無法參與設計研究問題的實驗步驟與流程，學生會被教師所設定的實驗步驟與流程侷限思考與討論方向，導致無法和小組成員進行腦力激盪，討論不同的實驗方法與步驟是否能獲得所需解決研究問題的資料，以及小組成員所提出之實驗方法與步驟的優缺點；也無法將學生自己對科學概念原理原則的了解應用在實驗步 4.

(15) 驟與流程的設計上(Minner, Levy, & Century, 2010; Pizzini et al., 1991)。此兩種探究教學分別提升學生不同面向的探究能力(白佩宜, 2009)。另外，關於不同探究式教學對學習者的影響有不一致的現象，很有可能是因為過去的研究忽略了學生對學習環境偏好的影響。許多過去研究指出，教師所形塑的科學學習環境對學生學習科學的重要性不可忽略(Tsai, 2000) 。而學生對學習環境的感覺與期望也會影響學生如何去學習與學生接續學習的品質(Könings, Brand‐Gruwel, & Merriënboer, 2005; Vermetten, Vermunt, & Lodewijks, 2002)。因此，教師教學若能考量並提供學生理想的學習環境，教師與學生的教的學都將更有效，意即當教室的學習環境和學生心中所期望的學習環境越接近時，學生對該課程的學習態度越好，若教師能縮短學生實際經歷學習環境與學生理想學習環境之間的距離，應能提高學生學習成效(Chang, Hsiao, & Barufaldi, 2006)。因此，前述「教師提供學生明確引導的探究活動，能讓學生學習更具優勢」，僅提及教師營造的教學環境可能有所不足，尚需考量學生對結構式探究教學與引導式探究式教學這兩種不同探究式教學學習環境感受。文獻指出，台灣學生在學習上比較害羞與被動，較習慣結構式的探究學習環境，不適應開放式探究學習環境(Ladd & Ruby Jr, 1999)。另有文獻中指出，台灣高一學生似乎可以同時接受兼具教師與學生中心的學習環境(李旻憲 & 張俊彥, 2004)，應是受到台灣學生從小到大的學習經驗多是由教師主導教學的學習方式所左右，學生才認為由教師主導教學更能幫助自己在課堂上的學習。然而有趣的是，學生心中的理想學習環境亦包括以學生為中心的教學方式，學生也認為自己思考如何解決問題能夠有效學習。那麼，到底台灣學生的理想學習環境為何？學生實際感受到的學習環境是如何？是偏向結構式探究教學環境還是引導式探究教學環境呢？學生理想學習環境偏好與實際學習環境偏好的差異對學生影響又是如何？本研究主要目的之一即在於更清楚釐清在台灣的教育環境中，結構式探究教學抑或是引導式探究教學和者較適合台灣學生學習。 5.

(16) 讓學生透過真實世界的經驗、數據進行動手操作的探究活動，觀察時借用儀器拓展感官的能力，能讓學生更容易了解學什麼以及建構自己的想法。在這樣的探究基礎中的學習方式對於學生獲得必要的科學思考技巧是很重要的方式 (Crawford, 2000; Donaher, 2012; Eick et al., 2005; Gibson & Chase, 2002; Haury & OH, 1993)。而地球科學中的地震正是尋求解答人類所處之真實世界中所面臨的自然現象之一。因此，透過適當儀器的輔助，學生能夠操作儀器，或是分析儀器獲得的資料，在借助儀器的能力與主動求解的過程中，是由探究的方式學習地震。又未來學習趨勢為趨向用電腦學(張國恩, 2002)，教師可運用電腦等資源，提供學生一種橫跨時間、空間的多元教材，營造有利的學習環境，進而促使教師與學生或是學生與學生之間的科學探究與學習(毛松霖 & 張菊秀, 1997; 潘淑琦, 2006)。以上所述，開啟了筆者欲進行同一主題－以地震單元為例，盡可能思考教師在教學中的引導角色與學生自主學習的空間，去設計兩種不同探究式教學（結構式探究教學、引導式探究教學），並在課程教學中融入電腦軟體以輔助學生學習，除了跟上時代最新的學習趨勢之外，更重要的是，可以利用電腦的輔助，讓學生分析震波資料，讓學生更了解學習的主題。因此，在本研究中，欲設計一連續三週，每週一節課的地震探究教學課程。在三節課的地震探究教學課程中安排兩個讓學生以小組為單位進行的探究活動。第一個探究活動－真實地震資料分析，第二個探究活動－利用手機振動模擬真實地震的發生，協同電腦與可以記錄水平和垂直方向的加速度感應器讓學生操作，學生必須完成設計實驗、記錄並分析數據，提出結果。筆者並期望此探究式教學的課程設計在未來能提供現場教師在進行相關的課程設計時，有參考與建議之價值。. 第二節. 研究目的與待答問題. 本研究的主要目的在了解不同探究式教學法對學生學習環境偏好、學習態度及學習成效的影響。希望能夠了解高中學生在經歷不同探究式教學時，其學習環境偏好為何、學習態度的改變、學習成效的差異等，找到最適合的探究教學方式， 6.

(17) 研究成果期能提供教師在未來發展探究式教學時的依據與參考。本研究的具體待答問題如下：. 一、. 不同探究教學（結構式探究、引導式探究）對高中學生學習地. 震學的影響為何？. 二、. 高中學生理想學習環境為何？高中學生在本課程中感受到實. 際學習環境為何？高中學生理想學習環境與實際學習環境的差異對學生的影響為何？. 第三節. 研究的重要性. 實務設計方面：地球科學的課程多落在九年級，關於地球科學課程的探究教學的研究很少，探究活動也多偏向教師中心的食譜式探究活動(Buck et al., 2008; Shymansky, Kyle, & Alport, 1983)。而本研究取樣是高二學生，在課程中以地震學相關內容的教學單元作為主軸，進行主題式延伸的探究活動課程。整合單元內容包括高一基礎地球科學（上）知道固體地球內部有層層結構－如何探測地球內部的組成與構造、認識地震波的傳播特性，以及高二基礎地球科學（下）知道地震波探測地球內部的原理、知道大陸地殼鑽探的發現。探究教學相關研究方面：探討不同探究式教學對於學生學習環境偏好、學習態度、學習成效影響。取樣為台北市某高中二年級學生。為避免對學生原有課程進度的影響下，在此研究中安排的授課時間為筆者任教學校高二社會組基礎地球科學（下）的授課時間，進行地震學主題式的探究活動課程，希冀研究結果能提供在教學現場的高中地球科學教師一些具體的意見，作為未來教師在面對不同學生時，可以提供教師選擇較適合的探究式課程做教學的參考與建議。. 第四節. 名詞釋義. 茲將本研究所提及的重要名詞，分別說明如下：. 一、. 探究教學本研究所進行的探究教學，欲以相同的教學主題單元配合不同 7.

(18) 的探究式教學，設計成兩種不同的探究式教學課程。本研究中所進行的探究活動以(Bell et al., 2005)架構為參考依據，探究教學活動依序為結構式探究（structured-inquiry）－由教師提供問題、知識背景與活動步驟給學生進行調查活動，讓學生自行分析與呈現結論、引導式探究（guided inquiry）－由教師提供問題、知識背景，但讓學生自行進行設計活動步驟與分析問題，與呈現結論。. 二、. 學習環境教室環境是學生學習的主要場所也是學生主要的學習環境。學. 生的學習環境受到許多因素影響，其中最重要的三個因素為：教師、學生、課程。學生因素包含同學親和、教師支持、學生參與、探究、工作取向、合作、平等。前述不同向度的感受可用來評估學生感受到的學習環境(黃台珠, Aldridge, & Fraser, 1998)。而台灣高中學生可以同時接受教師與學生中心的學習環境(李旻憲 & 張俊彥, 2004)。本研究運用地球科學教室學習環境量表（Earth Science Classroom Learning Environment Instrument, ESCEI）以教學方法、教學內容、教學評量這三個構念來了解教室中的學習環境。各構念陳述句均以五分量表方式，請學生閱讀各構念陳述句之後再選填自己理想的學習環境以及實際感受到的學習環境狀況，以期能了解學生在本研究中對不同探究式教學的觀感為何。. 三、. 學習態度教學目標可從認知、情意、技能三方面來看。高中生的科學教. 學除了認知、技能之外，也應不可忽略情意的培養。學生對科學的態度是影響學生學習的重要因素之一。對科學的態度可分為對科學的態度、對學習科學的態度、對參與科學探討活動的態度、對科學 8.

(19) 家及科學相關生涯的態度四項成分(鄭湧涇 & 楊坤原, 1995)。本研究參考王如玉（1999）的地球科學學習態度量表包含對地球科學的態度、對學習地球科學的態度、對參與地球科學探討活動的態度三構念之設計精神，發展一地震學學習態度量表包含對地震學的態度、對學習地震學的態度、對參與地震學活動的態度，期能了解學生在不同探究式教學其前後的態度改變。. 9.

(20) 10.

(21) 第二章文獻探討本研究旨在探討不同探究式教學在相同教學單元對學生的影響差異。根據探究的教學理念進行課程設計，因此在本章文獻探討中，即針對探究相關的研究作整理與討論。茲分為探究教學、地球科學相關探究教學、地震學習相關研究，分述如下。. 第一節一、. 探究教學. 探究教學的特徵探究教學的定義隨著研究者的不同而有不同的定義。近幾年. 來，學界對於科學探究教學的特徵有許多不同的看法，從傳統強調記憶特定事實的知識、概念、定律、理論的方式，如：講述、要求學生作筆記、教師示範實驗操作等，漸進轉變成探究教學，讓學生知道科學探究，讓學生能運用探究，讓學生學習如何學科學，讓學生有許多機會自己提出問題，並運用科學過程以及批判思考的技能來尋求問題的答案(Gibson & Chase, 2002; Haury & OH, 1993; Shymansky et al., 1983; 楊秀停 & 王國華, 2007)。綜合許多學者的研究，可發現探究教學有以下幾點特徵： (一) 師生角色的轉變傳統教學中，教師的角色為知識的主動傳遞者，學生的角色是知識的被動接收者。但在探究教學中，教師與學生的角色發生了轉變，教師的角色為知識的引導者，而學生的角色是知識的建構者，教師不若傳統教學中主導所有教學過程，改變成為由學生主動發現問題，進行學習。有研究者認為，教師可營造一個讓學生具備充足時間、空間、資源的學習環境，教師可提供學生可觀察的現象、科普文章閱讀，抑或是可能的調查主題，協助學生主動提問發言並透過學生的問題去進行引導，讓 11.

(22) 學生能夠有機會進行主題的討論與深度的探索，讓學生維持更高的科學與學習態度(Edwards, 1997; Gibson & Chase, 2002; Jarrett, 2009)。 (二) 強調學生積極參與學習活動教室內的探究活動也會隨著時代改變有不同的方式進行，探究活動不僅止於食譜式操作，須讓學生有學習興趣，學生才會投入學習活動中，進而對問題進行探索與求解。有些研究者認為探究教學是強調動手做活動的主動學習，或是進行實驗探究活動，或是學生中心，並且以真實世界中的議題來形成問題的問題本位學習與專題本位學習。(Colburn, 2000; 謝甫佩 & 洪振方, 2004)。 (三) 發展學生科學過程技能有研究認為教師在教學過程中強調學生要進行觀察、分類和推理，並認為讓學生暴露在這樣的探究經驗之中，能夠改變學生的認知行為(Basa a, Geban, & Tekkaya, 1994)；有研究者認為教師認為運用適當的輔助教材設備，如：電腦，能夠協助探究技能的發展(Haury & OH, 1993)；有研究者認為現代探究式教學的核心在於探索、解釋、交流。探索包括問題的形成與假說的提出，解釋則是需運用科學方法證據來進行解釋的調整，交流則為將結論與他人公開交流並為之辯護(洪振方, 2004)。綜上所述，探究教學中教師無論是否有運用輔助媒材，均須著重學生學習科學過程技能的發展，包含：觀察、提問、推理、解釋、交流等過程。. 二、. 探究教學活動的設計原則. 不同學者對於探究活動的層次有不同的分法，以下列舉各研究 12.

(23) 者的看法。(Buck et al., 2008) 分析 22 個實驗手冊和近 400 個實驗，得出更清楚的探究階層和特徵，探究活動階層的特徵是以學生的獨立性觀之。探究的層次，利用六個特徵將探究分成五個層次，依序為：問題（活動欲調查的問題）、理論背景（調查所需之先備知識）、步驟設計（學生執行的實驗步驟）、結果分析（解釋與分析數據）、結論溝通（數據與實驗結果的呈現）、結論（由實驗獲得的結果）。五個層次分別為 level 0 驗證（confirmation），前述六項特徵均提供給學生；level 1/2 結構探究（structured inquiry），前四項特徵提供給學生；level 1 引導探究（guided inquiry），前三項特，前兩項特徵提供徵提供給學生；level 2 開放探究（open inquiry）給學生；level 3 真實探究（authentic inquiry），全由學生設計。該研究並發現大多數的實驗活動仍停留在 level 0 和 level1/2 的層次。 (Bell et al., 2005) 認為科學探究活動的關鍵在於學生是否經過資料分析來回答研究問題，其複雜度隨著學生所需的認知要求量的不同以及各個層次的開放程度變化，四個層次分別從高度教師中心到高度學生中心。level 1 為驗證（confirmation），學生事先知道預期結果，教師需提供學生所欲探討的問題與實驗步驟；level 2 為結構探究（structured inquiry），由教師提供問題以及指定步驟讓學生調查問題的答案；level 3 為引導探究（guided inquiry），學生自行運用方法去調查及解答教師提供的問題；level 4 開放探究（open inquiry），學生自主設計主題相關的問題、方法去尋找解答。四個層次的探究活動應依學生狀況序漸進發展，不可躁進。 (Pizzini et al., 1991) 分析中學教科書中科學活動，探究活動的分層依照教科書的序列、補充活動指引、準則進行分析。可依活動分成不同的探究層次：驗證（confirmation），學生跟隨教師所提 13.

(24) 供的實驗步驟去確認科學概念或是原理原則；結構探究（structured-inquiry），教師提供學生可跟隨的實驗步驟去解答一未知的問題；引導探究（guided inquiry），教師僅提供學生調查的問題，並讓學生自主進行資料收集與決定實驗步驟；開放探究（open-inquiry），教師允許學生運用科學概念或原理原則進而自主形成問題與假說，自主收集資料與設計實驗步驟去解釋與說明結論。該研究發現所有教科書、補充活動皆屬食譜式以及結構探究活動，無任何引導探究或是開放探究活動。 (Jarrett, 2009) 則認為探究是一連續的過程：在整個連續過程的一端是高結構的動手做活動和食譜式的實驗，而另一端則是完整的探究，由學生自行產生問題去進行調查。整個連續過程的中間則是引導探究。 (Colburn, 2000)認為探究教學包含多種不同的方式包括結構探究（structured inquiry），教師提供研究問題、步驟、材料，但不告訴學生預期的研究結果，學生須自己去發現變數之間的關係；引導探究（guided inquiry），教師提供研究問題、材料，步驟則由學生自己產生；開放探究（open inquiry），學生自己發現研究問題並解決問題；學習環（learning cycle），學生參與介紹新概念的活動，教師介紹新概念，學生在新的情境中使用新概念。無論是學生或是老師均需一段時間去慢慢學習並適應探究的教與學，才能將探究教學的層次慢慢提升。分析上述相關文獻，可知探究活動的層次可以不同的方式考量作不同的區分，探究活動的發展須考量學生狀況，應由高度結構漸進朝向開放，以培養提升學生進行探究的能力。筆者選擇以(Bell et al., 2005)的科學探究活動中 level 2 結構探究以及 level 3 為引導探 14.

(25) 究作為本研究中兩種不同探究式教學的參考依據，原因為該科學探究活動考量，學生必須學生參與相關資料分析，實屬探究教學特徵之一「發展學生科學過程技能」。茲將本段提及各學者對探究活動之不同層次對應關係整理如表 2‐1‐1 所示。. 表 2-1-1 各學者對不同探究活動的分類整理探究活動層次. 確定問題明確步驟. 研究者 Buck et al., 2008. Bell et al., 2005. level 0 驗證. level 1 驗證. Pizzini et al., 1991 驗證. 結果分析結論呈現確定問題明確步驟. Jarrett, 2009 高結構的動手做活. Colburn, 2000. 動和食譜式的實驗 level 1/2 結構探究. 結果分析確定問題明確步驟. level 1 引導探究. level 2 結構探究. 結構探究. 確定問題. level 2 開放探究. level 3 引導探究. 引導探究. level 3 真實探究. level 4 開放探究. 開放探究. 引導探究. 結構探究. 引導探究. 完整探究. 遷移新情境. 開放探究. 學習環. 三、. 探究教學對學生的影響. 教學與學習是一體的兩面，教師的教學是否有效，關鍵在於是否能讓學生有效學習。探究教學中，是以學生為中心，教師主要的策略在於引導學生發展並解決問題的過程，這個教學過程對於學生 15.

(26) 的影響如何，有學者提出，評量探究教學是否有正向的結果，可從學生認知成就、對科學態度來看(Anderson, 2002)。 (Shymansky et al., 1983)研究中分析 105 個、超過 45000 位中小學學生的參與「強調如何學習科學」的新課程（科目多集中在物理、化學和生物，地科很少）與「強調事實與理論」的傳統課程之（準）實驗研究，結果發現經歷新課程的學生在學習成效、科學過程技能、對科學態度都較經歷傳統課程的學生來的好。 (Gibson & Chase, 2002)的研究則指出，七年級與八年級的中學生參加一為期兩週暑期科學探究營隊（Summer Science ，該營隊提供學生生物和健康相關科目 Exploration Program, SSEP）的探究學習。在營隊中，學生學習如何提出可觀察或是可實驗的研究問題、設計實驗、解決問題。參加暑期科學探究營隊的學生對科學的態度較未參加暑期科學探究營隊的學生來的更正向，對於科學事業也有更高的興趣。 (Basa a et al., 1994)研究指出，大學二年級學生，分成兩組進行實驗研究。探究教學實驗組歷時 12 週、經歷 6 個生化相關實驗（探究實驗教學組每個實驗時間約 180 分鐘；傳統實驗教學組每個實驗約 145 分鐘）的探究實驗教學活動。該探究實驗教學活動中，教師提供問題與實驗器材，由學生自行設計實驗並解答問題；傳統實驗教學組的活動則由教師提供問題、實驗器材、實驗方法，學生依序操作並確認結果。探究實驗教學組比傳統實驗教學組在學習成效和科學過程技能都表現較好。國內研究者(毛松霖 & 張菊秀, 1997)則提出探究式教學法較傳統式教學法在國三氣象單元的學習成效與學習態度都較佳。因此，教師若在課程中融入科學探究，既能提升學習成效，也 16.

(27) 提升了學生對科學的正向學習態度。在本研究中，欲了解兩種探究式教學對於學生學習地震學是否都能提升學生學習地震學的學習成效以及學習地震學的學習態度。. 第二節. 地球科學相關探究教學. 地球科學相關探究教學的研究多在比較探究式教學與傳統講述式教學在地球科學課程中某一單元的差異，這些研究顯示學生在地球科學單元進行探究式教學的學習成效、學習態度或是科學探究能力均較傳統講述式教學來的佳。 (張菊秀, 1996)研究以準實驗研究法進行，比較探究式教學法與講述式教學法對四百六十二位國三學生在學習地球科學氣象單元時，探究式教學班級學生在氣象單元概念學習成就、學習態度較講述式教學佳。 (侯政宏, 1996)研究比較探究式教學法與講述式教學法對國三學生在一百分鐘的太陽視運動教學單元課程後學習表現的差異。探究式教學班級學生在太陽視運動單元之概念學習成就優於講述式教學班級。另外，探究式教學班級學生也獲得較高層次的科學概念。 (唐國詩, 1996)研究以實驗教學進行研究，比較探究式教學與傳統講述式教學對國三學生學習星象單元之學習成效的影響，探究式教學班級學生在星象概念學習中較高層次的問題表現優於講述式教學班級學生。 (白佩宜, 2009)研究用準實驗研究法，以校園氣象觀測為主題，探討結構式、引導式、及開放式三種不同探究式教學法對高一學生在科學探究能力：提出問題與假說、計畫、實驗與資料蒐集分析與詮釋與結論四向度成長影響。研究發現可提升部分學生的科學探究能力，多數學生也喜愛探究式教學的學習環境。 (Qingchao, Xiufang, & Guangyan, 2008)進行不等組準實驗研究設計，研究對象為九十位國小四年級學生，教學時間歷時四週半，以氣象學為例，讓學生探索、應用資料蒐集工具，在網路探究學習平台上進行學習，研究發現能夠增進學生的科學探究能力。 17.

(28) (Agne & Blick, 1972)研究對象為一千八百二十五位中學生。該研究比較在氣象學與氣候學的教學主題中使用原始的數據資料以及傳統教學的差異。教學時間為每週一節課，共歷時十五週。該研究發現在教學主題中使用原始的數據資料能夠顯著增加學生批判思考的能力。地球科學相關探究教學比較如表 2-2-1 所示。. 表 2-2-1 地球科學相關探究教學比較. 研究者張菊秀, 1996. 侯政宏, 1996. 唐國詩, 1996 白佩宜, 2009. 研究對象. 國三學生. 國三學生. 100 分鐘. 100 分鐘. 國三學生. 研究時間準實驗研究. 研究設計. 準實驗研究. 高一學生. Qingchao, Xiufang, & Agne & Guangyan, Blick, 1972 2008 國小四年級中學生學生. 三節課，四週半每週一節課， 150 分鐘共十五週實驗教學：比結構式、引導不等組準實比較使用原. 法：比較探究法：比較探究較探究式教式、及開放式式教學法與講式教學法與講學與傳統講三種不同探究述式教學法述式教學法述式教學式教學法對學生在科學探究. 驗研究：在網始的數據資路探究學習料以及傳統平台上進行教學的差異學習. 能力的成長影響教學單元. 研究發現. 氣象. 太陽視運動. 星象. 校園氣象觀測氣象學. 探究式教學組的學生在學習成就、學習態度表現較佳. 探究式教學班級學生的概念學習成就較優，也獲得較高層次的科學. 探究式教學班級學生在星象概念學習中較高層次的問題表. 可提升部分學增進學生的顯著增加學生的科學探究科學探究能生批判思考能力。多數學力的能力生也喜愛探究式教學的學習. 概念. 現較優. 環境. 第三節. 氣象學與氣候學. 地震學習的相關研究. 目前國內地震學習的相關研究多與地震防災概念以及地震相關概念有關，研 18.

(29) 究的對象從國小高年級學生到高中學生都有，研究方法涵蓋實驗教學以及問卷測驗調查，皆發現學生對於地震相關概念理解仍有待加強。 (張正杰 & 楊芳瑩, 2006)採用調查研究法，研究對象為高二、高三學生，利用地震防災問卷進行研究，發現高中生在地震基本概念，如：地震強度（震度）與地震規模的定義、震源（央）距與危害的程度關係等的知識部分仍不足，未來的課程仍有加強的空間，教師在教學時也應多強調施力。 (葉婉儀, 2003)研究為實驗教學研究，以社會性科學議題（socio‐scientific issues）作為課程活動主軸、地震為課程主題，進行三週，共六小時的課程，研究對象為高一學生，研究中發現學生對地震概念的知識包括地震相關的專有名詞，但仍存有迷思概念，如：震央與震源、深源地震所代表的意義、地震大小隨能量累積不同而改變、地震波之性質、地震規模與震度等。 (許民陽, 王郁軒, & 梁添水, 2008)研究為準實驗設計，以地震防災為主題，對國小高年級學生進行學生中心的探究教學活動，研究發現學生在教師的引導教學下，在科學概念與科學能力表現良好的學習成效，有助於學生學習，但學生在相關的地震科學概念仍顯困難。 (張鈺梅 & 許民陽, 2005)研究對象為台灣桃園縣、南投縣、花蓮縣三個地區的國小高年級學生，以自編測驗與晤談方式進行研究，探討學生對地震相關板塊概念的認知情形與差異。研究發現國小高年級學生多數知道地震發生的原因與板塊運動有相關。地震學習的相關研究比較如表 2-3-1 所示。. 19.

(30) 表 2-3-1 地震學習的相關研究比較研究者研究對象. 張正杰 & 楊芳瑩, 葉婉儀, 2003 2006 高二、高三學生. 高一學生. 許民陽, 王郁軒, & 張鈺梅 & 許民陽, 梁添水, 2008 2005 國小高年級學生台灣桃園縣、南投縣、花蓮縣三個地區的國小高年級學生. 研究. 三週，共六小時. 時間. 研究設計. 教學. 調查研究法：地震防實驗教學研究：社會準實驗設計：進行學自編測驗與晤談災問卷性科學議題生中心的探究教學（socio-scientifi 活動. 無. c issues）為課程活動主軸地震地震防災. 地震相關板塊概念. 單元研究發現. 發現高中生在地震學生對地震概念的學生在科學概念與發現國小高年級學生多數知道地震發基本概念知識部分知識包括地震相關科學能力表現良仍不足的專有名詞，但仍存好，但在相關的地震生的原因與板塊運有迷思概念科學概念仍顯困難。動有相關。. 20.

(31) 第三章研究方法本章採用準實驗研究法，於台北市某高中的高二班級進行不同的探究式課程：分別為結構式探究教學、引導式探究教學。運用成就測驗工具、學習態度量表、學習環境量表等評測工具進行量的分析。本章內容包含「研究對象與情境」、「研究設計與流程」、「研究工具」、「資料分析」、「研究限制」。. 第一節. 研究對象與情境. 本研究對象為台北市某高中二年級學生，共六個班級，隨機選取其中三個班進行結構式探究教學，另外三個班進行引導式探究教學，其中有三個班人數均為四十一人，兩個班人數均為四十二人，一個班人數四十人，皆為男女合班。選擇研究對象的特質與說明：. 一、. 該校可配合教師於地球科學課程中實施探究課程。. 二、. 該校為社區高中，在大台北地區並非明星學校，學生的地球科. 學概念程度較能夠代表一般普通高中學生的狀況。. 三、. 由於研究對象為高二社會組學生，參與研究的學生總人數為. 247 人，女生 147 人，男生 100 人。各班均女生較男生多，男女生人數比約是 1:1.47。. 四、. 六個班級在地球科學學科概念上沒有明顯差異。以獨立樣本 T. 檢定各組班級前學期地球科學學期總成績無顯著差異。結構式探究教學班級成績平均 64.77 分，標準差 9.55 分；探究式教學班級成績平均 66.16 分，標準差 11.66 分。［t=-0.922，p=0.358］。本研究中，筆者即為探究式課程的授課者，主要原因如下：一、. 此六個班級為授課者之任教班級，教師了解任課班級之各別學生狀況，對於課程進行期間學生的狀況及各項變數較能夠掌握。. 二、. 本研究在六個班進行教學時，須進行不同探究式教學的操弄，由單一授課教師進行授課，能避免不同教學者之教學風格不同之偏 21.

(32) 誤。三、. 研究者教學經驗有五年，擔任海洋教育資源中心種子教師三年，樂於嘗試不同的教學方法與策略。. 四、. 在進行本研究之前，學生在高一基礎地球科學（上）由學校另一位地球科學教師教學，該師表示進行基礎地球科學（上）時並未嘗試以探究式教學的教學方式進行授課；筆者在高二基礎地球科學（下）的教學在該單元進行之前亦無進行探究式教學。. 本研究中，預定設計的結構式探究教學與引導式探究教學兩種不同探究式教學，所包含的地震單元內容為整合 99 課綱中兩部分的內容，分別為基礎地球科學（上）知道固體地球內部有層層結構－如何探測地球內部的組成與構造、認識地震波的傳播特性，以及基礎地球科學（下）知道地震波探測地球內部的原理、知道大陸地殼鑽探的發現。本研究的教學在高二基礎地球科學（下）課程中進行。由於筆者任教學校之課程安排為一學年，每週一節課，單一學期任教班級數為七個班，六個班級為高二社會組班級，一個班級為高二體育班。考量體育班的特殊性，研究者選擇高二社會組六個班級，隨機挑選三個班級進行結構式探究教學、另三個班級進行引導式探究教學。由於課程歷時三小時，橫跨三週，部分同學因個人或其它因素請假未到課，或是填答時隨意填寫，致所收集之各項資料之有效樣本數較人數減少。不同探究式教學班級人數與有效樣本數如表 3-1-1。. 表 3-1-1 不同探究式教學班級人數與有效樣本數總人數各項量表. 124 人. 總人數 123 人. 結構式探究教學. 引導式探究教學. 有效樣本數 105 人 105 人 105 人. 有效樣本數 95 人 95 人 95 人. 地震學態度量表學習環境量表地震學成就測驗. 說明：有效樣本人數均扣除前、後測中有任何遺失、無法配對的資料以及敘意亂答之樣本。 22.

(33) 第二節. 研究設計與流程. 本研究採準實驗研究法，探討高中學生在不同探究式課程中（自變項），學習態度、地震單元學習成效、學習環境觀感的變化與影響（依變項），如表 3-2-1 所示。. 表 3-2-1 本研究各變項自變項. 外在變項. 依變項. 結構式探究教學. 學生學習環境偏好. 學習態度. 引導式探究教學. 學生學業成績. 學習環境觀感. 性向測驗成績. 學習成效. 本研究流程可分成三個階段，準備階段、正式實施教學階段與結果分析階段，研究時間為 2012 年 02 至 2013 年 05 月，橫跨不同學年度的學期時間。研究流程各階段的發展分述如下：. 一、. 準備階段. (一) 形成研究問題：由教學現場中發覺高中生地球科學學習的問題，探究教學可能可以提供教師與學生一種新的教學與學習方式，進而提升學生學習態度與學習成效。 (二) 蒐集與閱讀文獻：針對探究教學、地球科學相關探究教學、地震學習相關研究去蒐集相關文獻作整理與討論。 (三) 發展與選定研究工具：本研究中設計兩種不同探究式教學（於本章第三節詳述），以地震作為同一主題教學單元為主軸的課程，並發展地震學成就測驗、地震學態度量表。測驗與量表請高中教師與教授進行專家審查後定稿。 (四) 預試與修正：隨機挑選 2 個非正式進行實驗教學的班級分別以結構式探究教學與引導式探究教學來進行試驗性教學研究 23.

(34) （pilot studies），各量表進行預試。之後，正式進行實驗教學前，根據預試結果進行教學工具與研究工具的修編。. 二、. 正式實施教學階段. (一) 選定研究對象：除去體育班的特殊性，以高二社會組共六個班級的學生作為研究對象。 (二) 實施前測、進行教學、實施後測：兩組學生，各三個班級，均於教學進行前進行地震學態度量表、學習環境量表前測。筆者按照設計的探究式教學時數安排進行教學，進行教學時則一組進行結構式探究教學，另一組進行引導式探究教學，為確保研究品質。所有的班級進行探究式教學的時程相同，每週一節，一節五十分鐘，共歷時三週，共一百五十分鐘課程。教學結束後各班進行地震學成就測驗，地震學態度量表、學習環境量表後測。除了地震學成就測驗之外，地震學態度量表與學習環境量表，前、後測試題相同。. 三、. 結果分析階段於正式施測教學階段結束後，整理所有測驗與量表資料，持續. 閱讀文獻，進行量化分析與作圖，提出結論與建議，撰寫論文。本研究各階段工作及其說明如表 3-2-2 所示。. 24.

(35) 表 3-2-2 各階段工作及其說明階段. 子階段. 說明. 一、準備. 1.形成研究問題. 由教學現場的問題引發進行設計以地震為主題的探究式教學課程。. 2.蒐集與閱讀文獻 3.發展與選定研究工具. 蒐集探究教學、地球科學相關探究教學、地震學習相關研究參考文獻。以地震為主題，設計兩種不同探究式. 4.預試與修正. 教學課程，並發展地震學成就測驗、地震學態度量表。試驗性教學研究與量表預試，並依據結果進行編修。. 二、正式實施教學 1.選定研究對象 2.實施前測. 以高二社會組學生作為研究對象。兩組學生，均於教學進行前進行地震. 、進行教學、實施後測. 學態度量表、學習環境量表前測。筆者按照設計的探究式教學方式進行教學，進行教學時一組進行結構式探究教學，另一組進行引導式探究教學。教學結束後各班進行地震成就測驗、地震學態度量表、學習環境量表後測。除了地震學成就測驗之外，地震學態度量表與學習環境量表，前、後測試題相同。. 三、結果分析. 整理所有測驗與量表資料，進行分析，提出結論與建議，撰寫論文. 第三節. 研究工具. 本研究之研究工具分為「教學工具」及「評量工具」。教學工具包含兩種探究式教學課程（結構式探究教學、引導式探究教學）。評量工具分為「地震學成就測驗」、「地震學態度量表」、「學習環境量表」。分述如下：. 一、. 教學工具－不同的探究式教學活動課程本研究教學設計由筆者自行研發，根據普通高中必修基礎地球 25.

(36) 科學課程綱要的精神設計，教學目標是讓學生知道固體地球內部有層層結構、知道如何探測地球內部的組成與構造、認識地震波的傳播特性、知道地震波探測地球內部的原理、知道大陸地殼鑽探的發現。兩種探究式課程均輔助電腦軟體 QCNLive 的使用。教學時間共三節課，一百五十分鐘，每週一節課，連續三週。教學過程中不論是結構式探究教學還是引導式探究教學的班級組別，均依學生之意願自由分成六組，每組人數在 6~8 人之間。結構式探究教學與引導式探究教學的上課地點均是在該校地球科學教室，學生依組別各自圍繞一張實驗桌而坐。在本研究中，各班級均以地震單元為主軸進行探究式教學課程。結構式探究教學與引導式探究教學兩組班級均於課程中安排兩個讓學生以小組為單位進行的探究活動。第一個探究活動－真實地震資料分析，教師提供各小組學生（包括結構式教學與引導式教學班級）一份內含六次不同的真實地震。六次地震分別以代號 A、B、C、D、E、F 標示之，A～F 次地震依序分別包含 2、3、5、5、6、5 個測站的所記錄到的真實地震波資料，其中代號 A 地震之地震規模最小；代號 F 地震之地震規模最大；代號 C 地震與代號 D 地震之地震規模相同，但震源深度不同；代號 B 地震與代號 E 地震之地震規模相同，震源深度也幾乎相同。本活動安排目的為讓學生利用真實世界的數據進行探究活動。該探究活動中，每組學生必須跟據教師所提供之真實地震波資料進行分析，需繪出 A～F 六次地震的等震圖、推估 A～F 六次地震的震央所在位置、比較 A～F 六次地震之差異為何。結構式探究教學與引導式探究教學兩組班級差異為：結構式探究教學班級提供學生探究活動之操作步驟；引導式探究教學班級，教師則引導學生 26.

(37) 思考但不給予探究活動之實驗步驟。第二個探究活動－教師提供學生實驗問題－利用手機振動模擬真實地震的發生，手機振動在保麗龍板上的震度分布情形為何，並請學生以小組為單位，分析實驗結果並說明本次實驗和真實地震的差異之處。本實驗配合電腦軟體 QCNLive 操作（電腦軟體 QCNLive 配合加速度感應器時可紀錄水平方向與垂直方向上的加速度值隨時間的變化）。結構式探究教學與引導式探究教學兩組班級差異為：結構式探究教學班級，教師提供學生實驗步驟，請學生依照教師所提供之實驗步驟進行操作，由小組學生自行進行數據分析，討論分析的數據結果並繪圖呈現之；引導式探究教學班級，教師僅給予學生實驗問題，不提供學生實驗步驟，教師引導學生思考問題，學生進行小組討論後，自行設計並決定實驗步驟，再依照自行設計的實驗步驟蒐集數據並進行數據分析，討論分析數據結果，最後繪圖呈現實驗結果。兩種不同探究式教學課程的設計原則是：在結構式探究教學課程的教學設計中，教師提供學生研究問題、步驟、方法，給予學生明確的指引，學生依教師的引導依序進行實驗步驟，自行分析資料與詮釋，獲得研究結果；在引導式探究教學課程的教學設計中，教師僅提供學生研究問題，引導學生可能的思考方向，讓學生自行設計研究步驟與決定研究方法，學生自行進行資料分析與詮釋，提出研究結果。本研究教學設計先經資深教師及專家審查，後由研究者進行預試，再經修正後，才進行正式教學。表 3-3-1 為兩種不同探究式教學課程中探究活動的比較。兩種不同探究式教學課程教案請參閱附錄一「不同探究式教學課程教案」所示。 27.

(38) 表 3-3-1 結構式探究教學課程與引導式探究教學課程中探究活動的比較結構式探究教學. 引導式探究教學. 時間. 3 節課共 150 分鐘. 第一個探究活動真實地震資料分析. 教師說明地震測站資料訊息所代表意義，逐一講解步驟與方法，讓同學分析與詮釋地震測站資料，教. 教師引導學生思考地震測站資料訊息所代表的意義，教師引導學生思考可能的步驟及方法，學生進行及相關的地震. 師巡視並給予明確指引。. 資料分析與詮釋，教師巡並視引導學生。 QCNLive 軟體操作教學教師提供學生實驗問題－教師僅提供學生實驗問題－. 第二個探究活動模擬真實地震實驗. 學習環境. 二、. 利用手機振動模擬真實地震的發生，繪出手機振動的等震圖分布情形。教師. 利用手機振動模擬真實地震的發生，繪出手機振動的等震圖分布情形。教師引導學生自. 提供學生實驗步驟及目的，請學生依照步驟完成實驗，呈現實驗結果。偏向教師中心. 行設計實驗步驟、分析解釋，提出實驗結果。偏向學生中心. 評量工具－地震學成就測驗本研究採用地震學成就測驗作為筆者欲了解學生在地震學學. 習成效的研究工具。地震學成就測驗由研究者自行研發，9 題單選題，9 題填充題，2 題問答題。其中，9 題填充題細分為 16 個子小題試題，整份試題共有 20 題。本試卷配分在單選題與填充題部分為每題 5 分，問答題部分則依編碼表分段給分，總分 100 分。學生受試時間為 35 分鐘。測驗紙本設計如附錄二「地震學成就測驗」所示。地震學成就測驗評測目標包含基礎地球科學（上）（下）課綱中，地震相關內容以及本課程實作活動能力，後者涵蓋資訊軟體 QCNLive 使用以及相關探究能力。內容效度部分，本試題經兩位地震學專家依據內容進行審查，再將試題修改而後正式施測。此評 28.

(39) 量工具於探究式課程結束後施測。地震學成就測驗設計藍圖如表 3-3-2。. 表 3-3-2 地震學成就測驗設計藍圖評測目標題號. 學習內容知識基礎地震概念（地震規模、地震強度、震源、 1.5.10. 震央、等震圖）地震波的傳播特性 2. 震波探測試探索地層的方法之一 3.4. 知道大陸地殼鑽探的發現 13.14. QCNLive 軟體與加速度感應器的實作與探究 12. 能力合計題數 9. 理解. 應用. 分析. 7.. 15.16.. 8.9.11.. 6.. 17.18.. 19.20.. 4. 4. 3. 地震學成就測驗中，問答題的評測目標，第十九、二十題為 QCNLive 軟體與加速度感應器的實作與探究能力。試題提出不同的實驗問題，要求學生寫出實驗器材／實驗步驟的設計，學生需能應用地震學知識並具備設計實驗解決問題的能力方能回答這兩個問題。筆者於教學進行前先將地震學成就測驗的問答題進行編碼，以利探究式教學課程結束之後，學生完成地震學成就測驗的後續評分。表 3-3-3 為地震學成就測驗問答題編碼表。. 29.

(40) 表 3-3-3 地震學成就測驗問答題編碼表題號. 給分. 評分準則. 示例真實地震波的傳遞經過地層與實驗設計的保麗龍不同，將其改變成岩石以求更貼近真實情況。真實地震和測站的距離不若實驗設計中震源和加速度感應器的距. 十九. 離這麼靠近，因此調整增加震源符合研究問題的實驗步驟、實距。 2 分(每項) 驗器材真實地震能量透過地震波傳遞，地震波和手機的振動不同，因此更換成更能模擬地震波的震源。真實地震多位於地表之下，原實驗設計震源位於地表，因此增加震源深度。 0分. 二十. 5分 3分 2分 0分. 不合理的實驗步驟、實驗器材 1.符合研究問題的實驗步驟. 改變震源能量大小且固定震源與. 2.正確掌握操縱與控制變因 1.符合研究問題的實驗步驟 2.正確掌握操縱變因 1.符合研究問題的實驗步驟. 感應器距離. 2.正確掌控制變因 1.實驗步驟不合理. 改變震源能量大小固定震源與感應器距離. 2.無法掌握任何變因. 為檢驗筆者的評分是否有偏差，協請一位高中地球科學教師一同對所有學生在問答題的答題情形進行複評，再進行評分者信度檢測，得到 94.3%的同意度。考量學生在基礎地球科學（下）課程之學習進度壓力，以及避免學生在填寫前、後測試卷時因煩躁亂答或是前測記憶保留效應，本研究以學生前學期地球科學學期總成績作為前測成績。並於探究課程結束後，再進行地震學成就測驗施測。 30.

(41) 三、. 評量工具－地震學態度量表為了瞭解學生在參與探究式教學前後，對於地震學習的各方面. 態度變化情形，參酌王如玉（1999）之地球科學學習態度量表，掌握其精神做些微修正編製而成，該量表包含三個分量表，分別為「對地震學所持態度」、「對學習地震學所持的態度」、「對參與地震學活動所持的態度」。各分量表題數各為 10 題，合計 30 題。本評量工具為避免有些學生在填答時以固定模式填答，本量表以正、反向試題亂數交錯出題，並外加一檢測試題，檢測學生是否認真填答。反向試題在計分時亦須反向計分，檢測試題不予計分。試題為五分量表，各題選項分別為：非常同意、同意、沒意見、不同意、非常不同意，分別給予 5、4、3、2、1 分。作答時間十五分鐘，於探究教學前、後施測，試題均相同。測驗紙本設計如附錄三「地震學態度量表」所示。經正式研究施測後，所有有效研究樣本之量表內部一致性信度為其 Cronbach α 值為 0.947 。. 四、. 評量工具－學習環境量表希望藉由此量表來了解本研究所設計的探究式教學課程學習. 環境中，不同探究式課程與學生學習觀感兩者間的關係，進而提出相關探究式教學課程設計時考量的具體建議。本量表參酌李旻憲與張俊彥（2004）所研發的「地球科學教室學習環境量表（Earth Science Classroom Learning Environment Instrument, ESCEI）」，編製而成，共 18 題。本量表包含學生中心與教師中心兩分量表，試題為五分量表，各題選項分別為：非常經常、經常、有時、很少、從來沒有，分別給予 5、4、3、2、1 分。於探究式教學進行前施測，請學生填寫理想學習環境感受，並於探究式教學結束後，請學生填寫實際經歷學習環境感受。測驗紙本設 31.

(42) 計如附錄四「學習環境量表」所示。經正式研究施測後，所有有效研究樣本，此量表內部一致性信度 Cronbach α 值為 0. 716。. 第四節. 資料分析. 本研究運用 SPSS 20 for Windows 及 Microsoft Office Excel 軟體進行量化資料分析。量化資料包括「地震學成就測驗」、「地震學態度量表」、「學習環境量表」三項測驗工具。本研究所使用的資料分析方法與研究問題對應如下：. 一、. 描述性統計：針對學生在地震學成就測驗，地震學態度量表前、後測及學習環境量表前、後測之結果進行平均值、標準差分析，為了解學生在這些測驗的全體表現情形。. 二、. 學習環境落差（PAS）：計算每位學生學習環境量表在實施探究式教學後，學生實際經. 歷學習環境感受和在實施探究式教學前學生理想學習環境的落差大小。. PAS = 後測實際感受學習環境− 前測實際理想學習環境 = ( PS − AS ) 2 + ( PT − AT ) 2. 三、. 獨立樣本 T 檢定：. 為了解結構式探究教學與引導式探究教學兩組學生在 (一) 地震學成就測驗含各個部份（選擇題－單選、填充題、問答題）的答題情況是否有差異。 (二) 地震學態度前、後測含各分量表是否有差異。 (三) 學習環境落差（PAS）是否有差異. 四、. 成對樣本 T 檢定： 32.

(43) 為了解結構式探究教學、引導式探究教學各組內學生在前、後測的地震學態度測驗中的改變是否有差異。. 五、. 散佈圖為呈現學習環境量表的結果，反映學生學習環境的理想與實際. 感受，將學生在實施教學前，對理想學習環境的填答與實施教學後，實際經歷學習環境的填答進行繪製散佈圖。分別以學生中心分量表的平均分數作為 x 軸數值，以教師中心分量表的平均分數作為 y 軸數值。x 軸與 y 軸交會於學生中心分量表數值 3 與教師中心量表數值 3 的位置。此散佈圖能了解學生理想學習環境以及實際經歷學習環境是如何，落於右上方為學生中心與教師中心兼具的學習環境，以 ST 表之；落於左上方傾向教師中心，以 TC 表之；落於左下方不傾向教師中心也不傾向學生中心，以 NST 表之；落於右下方則傾向學生中心，以 SC 表之。. 六、. 相關分析（Pearson product-moment correlation）學生於實施探究式教學後，對地震成就測驗、地震學態度、學. 習環境落差（PAS）之間進行相關分析，以了解學生在經歷探究式教學後，學生所呈現之地震學成就、地震學態度、學習環境落差（PAS）之相關性。本研究中，研究問題與研究方法對照如表 3-4-1。. 33.

(44) 表 3-4-1 研究問題與研究方法對照表研究問題. 資料. 分析方法. 地震學成就測驗（分為填充、選擇、問答、獨立樣本 T 檢定不同探究式教學（結構總分四部分）式探究、引導式探究）地震學態度量表（分為地震成對樣本 T 檢定對高中學生學習地震學所持態度、對學習地震學學的影響為何？所持的態度、對參與地震學活動所持的態度三部分）高中學生理想學習環境為何？高中學生實際學習環境為何？高中學生理想學習環境與實際學習環境的差異對學生的影響為. 散佈圖學習環境量表地震學態度量表. PAS = ( PS − AS ) 2 + ( PT − AT ) 2. 相關. 何？. 第五節. 研究限制. 本研究取樣自台北地區某一所高中的高二社會組學生，由於僅選取六個班級，且每班有效樣本不足 40 人，基於研究地區及研究樣本之限制，不宜將研究結果推論至所有高二學生或是其他年級其他地區的高中生，僅適合情境相近的學習環境參考及推論。本研究配合基礎地球科學（上）、基礎地球科學（下）與地震主題相關之課程內容的延伸探究活動，不宜將研究結果推論至其他科目與課程單元。. 34.

(45) 第四章研究結果本研究於實驗教學前後，依蒐集資料的時間順序作排列，共蒐集了以下資料，包括：地震學態度前測、學習環境前測、地震學成就測驗、地震學態度後測、學習環境後測。以下列各節將呈現本研究之實驗結果：第一節中將討論，結構式探究教學與引導式探究教學兩組學生在地震學態度、地震學成就測驗、學習環境的差異為何。第二節中將討論，結構式探究教學與引導式探究教學兩組學生在學習環境前、後測的情形。第三節中將討論，學生經歷探究式教學後，在地震學成就測驗、地震學態度、學習環境偏好之間的相關性為何。. 第一節. 不同探究式教學對學生的影響情形. 為了解結構式探究教學與引導式探究教學對學生的影響差異，將針對兩組學生在地震學成就測驗，包含地震學成就測驗各個部份：選擇題（單選）、填充題、問答題之答題情況；地震學態度前、後測，包含三個分量表：分量表一「對地震學所持態度」、分量表二「對學習地震學所持的態度」、分量表三「對參與地震學活動所持的態度；學習環境落差（PAS）是否有差異，分別進行獨立樣本 T 檢定。分析結果如表 4-1-1 所示。. 35.

(46) 表 4-1-1 結構式探究教學與引導式探究教學對學生影響的差異平均值（標準差）. 研究工具. 組別. 人數. 地震學成就測驗. 結構. 105. 29.10(8.11). （選擇題 45 分）. 引導. 95. 地震學成就測驗（填充題 45 分）地震學成就測驗（問答題 10 分）. 結構引導結構引導. 105 95 105 95. 26.68(8.43) 20.04(9.78). 地震學成就測驗（總分 100 分）學習環境落差. 結構引導結構. 105 95 105. （PAS）地震學態度（前測平均）. 引導結構引導. 95 105 95. 地震學態度結構（前測-分量表一）引導地震學態度結構（前測-分量表二）引導. 105 95 105 95. 地震學態度結構（前測-分量表三）引導地震學態度結構（後測平均）引導. 105 95 105 95. 地震學態度結構（後測-分量表一）引導. 105 95. 地震學態度結構（後測-分量表二）引導. 105 95. 地震學態度結構（後測-分量表三）引導. 105 95. 20.10(9.43) 2.78(2.99) 3.81(3.14) 51.91(15.97) 50.59(17.53) 0.87(0.55) 0.77(0.49) 3.18(0.57) 3.09(0.63) 3.07(0.63) 3.04(0.58) 3.12(0.64) 3.00(0.67) 3.35(0.69) 3.23(0.71) 3.30(0.61) 3.22(0.58) 3.21(0.65) 3.16(0.64) 3.23(0.69) 3.08(0.63) 3.47(0.62) 3.42(0.65). 檢定值（t）. 顯著性（p）. Cohen’s d. 2.061. .041*. 0.29. -0.042. .967. 0.01. -2.376. .018*. 0.34. 0.559. .577. 0.08. 1.409. .161. 0.19. 1.107. .270. 0.15. 0.237. .740. 0.05. 1.349. .179. 0.18. 1.244. .215. 0.17. 0.990. .324. 0.13. 0.571. .569. 0.08. 1.633. .104. 0.23. 0.497. .620. 0.08. *p<0.05 說明：地震學態度分量表一、二、三分別為三個分量表，分別為「對地震學所持態度」、「對學習地震學所持的態度」、「對參與地震學活動所持的態度」。. 一、. 不同探究式教學在地震學成就測驗的差異總分的平均數部分，結構式探究教學班級與引導式探究教學班. 級並無顯著差異，［t=0.559，p=0.577］，其差異顯著(effect size)d 36.